Structural analysis of the infectious phenotype associated outer surface lipoproteins from Borrelia burgdorferi paralogous gene family PFam54 - Brangulis, Kalvis (Latvijas Universitāte, 2014)
Laima slimība ir ērču pārnēsāta infekcijas slimība, kuras izraisītājs ir spiroheta Borrelia burgdorferi. Inficētu Ixodes ērču barošanās laikā baktērija var nonākt zīdītāja organismā. Ērcei uzsākot asins sūkšanas procesu, B. burgdorferi spēj izmainīt vairāku gēnu ekspresijas līmeni kā atbildes reakciju uz temperatūras, šūnu blīvuma, pH un barības vielu pieejamības izmaiņām. Daudzi no B. burgdorferi gēniem, kuru ekspresijā tiek novērotas izteiktas izmaiņas, kodē dažādus ārējās virsmas proteīnus, savukārt šie ārējās virmas proteīni tiek saistīti ar Laima slimības patoģenēzi. Tieši ārējās virsmas proteīni var potenciāli nodrošināt baktērijas pārnesi no ērces uz zīdītāja organismu, kā arī pielāgošanos krasi atšķirīgajiem apstākļiem. Tas ir tādēļ, ka tie ir nepieciešami, lai baktērija spētu saistīties pie potenciālajiem ligandiem vai receptoriem jaunajā saimniekorganismā, spētu izplatīties, vairoties un cīnīties ar siltasiņu organisma imūnās sistēmas reakciju. Vislielāko ekspresijas pieaugumu tādos in vitro apstākļos, kas līdzinās inficētas ērces barošanās procesam pēc piesūkšanās zīdītāja organismam, ir uzrādījuši paralogās gēnu ģimenes PFam54 locekļi, norādot uz šo proteīnu potenciāli svarīgo lomu Laima slimības patoģenēzē. Paralogā gēnu ģimene PFam54 sastāv no 9 locekļiem, kas novietoti uz lineārās plazmīdas 54 (lp54) - BBA65, BBA64, BBA66, BBA68, BBA69, BBA70, BBA71, BBA72, BBA73 (BBA70, BBA71 un BBA72 neveido funkcionālus proteīnus). Bez tā, ka PFam54 locekļi uzrāda visaugstāko ekspresijas līmeni starp visiem proteīniem ar izmainītu ekspresijas līmeni, vairākos pētījumos ir parādīts, ka šie proteīni ir svarīgi pilnvērtīgai Laima slimības norisei zīdītāju organismā vai pat vitāli svarīgi, lai B. burgdorferi spētu izraisīt saslimšanu. Tā piemēram, izmainīts B. burgdorferi celms, kas neekspresēja BBA64 proteīnu, nespēja izraisīt Laima slimību pēc inficētas ērces kodiena. Izņemot BBA68, kurš saista komplementa faktoru H un faktoram H līdzīgo proteīnu 1, receptori vai ligandi pie kuriem saistās PFam54 ģimenei piederošie proteīni nav vēl zināmi, tādēļ šo proteīnu trīs-dimensionālās struktūras spētu sniegt labāku ieskatu Laima slimības patoģenēzes procesos. Ņemot vērā iepriekšminēto, kā arī lai veicinātu jaunu zāļu izstrādi pret Laima slimību, tika noteiktas PFam54 ģimenes locekļu BBA64, BBA66 un BBA73 proteīnu telpiskās struktūras izmantojot rentgenstaru kristalogrāfijas metodi. Visas proteīnu telpiskās struktūras tika analizētas, lai noteiktu iespējamos konservatīvos rajonus starp PFam54 biedriem un lai izzinātu potenciālo ligandu/receptoru saistīšanās vietas.

Lyme disease is a tick-borne infection caused by the spirochete Borrelia burgdorferi. The bacterium is transferred from infected Ixodes ticks to the mammalian host organism during the tick feeding process. During the blood meal of an infected Ixodes tick B. burgdorferi switches the expression of several genes in response to the mammalian host-specific signals and the occurring changes in temperature, cell density, pH and nutrient level. Many of these upregulated genes from B. burgdorferi are coding for the outer surface proteins, thought to be associated with the pathogenesis of Lyme disease. Potentially those proteins may assist the bacteria to transfer and to adapt to the new environment as the bacteria should be able to attach to the specific receptors/ligands in the new host organism, as well as be able to spread, proliferate and resist the host’s immune response. Outer surface proteins belonging to the paralogous gene family PFam54 have showed to exhibit the highest upregulation rates in conditions mimicking the transfer process of bacteria from infected Ixodes ticks to the mammalian host organisms, pointing to the potential importance of these proteins in the pathogenesis of Lyme disease. Paralogous gene family PFam54 consists of nine members located on linear plasmid 54 (lp54) – BBA65, BBA64, BBA66, BBA68, BBA69, BBA70, BBA71, BBA72, BBA73 (BBA70, BBA71 and BBA72 does not produce functional proteins). Besides having the highest upregulation rates between the proteins with altered expression, it has been showed that the PFam54 family member proteins have an essential or even a vital role in the pathogenesis of Lyme disease. So for example the mutant strain lacking the expression of BBA64 could not cause the infection after a tick bite. Except BBA68, which binds complement factor H and factor H like protein 1, the exact receptors or ligands for the members of the PFam54 family are not known and the three dimensional structures of the proteins could gain a better insight into their functions and the pathogenesis of Lyme disease. Taking this into account and to promote the development of novel therapeutic and prophylactic strategies against Lyme disease, the crystal structures for BBA64, BBA66 and BBA73 proteins from the PFam54 family have been determined. The crystal structures were each analyzed to reveal the conservation of the relevant residues in the PFam54 family and to appreciate about the potential ligand/receptor binding sites.
Borrelia burgdorferi infekciozā fenotipa saistīto ārējo virsmas proteīnu, kas pieder paralogajai gēnu saimei Pfam54, strukturālā analīze
Keywords: Bioloģija; Molekulārā bioloģija